The Riemann problem for first-order hyperbolic systems of partial differential equations is of fundamental importance for both theoretical and numerical purposes. Many approximate solvers have been developed for such systems; exact solution algorithms have received less attention because computation of the exact solution typically requires iterative solution of algebraic equations. Iterative algorithms may be less computationally efficient or might fail to converge in some cases. We investigate the achievable efficiency of robust iterative Riemann solvers for relatively simple systems, focusing on the shallow water and Euler equations. We consider a range of initial guesses and iterative schemes applied to an ensemble of test Riemann problems. For the shallow water equations, we find that Newton's method with a simple modification converges quickly and reliably. For the Euler equations we obtain similar results; however, when the required precision is high, a combination of Ostrowski and Newton iterations converges faster. These solvers are slower than standard approximate solvers like Roe and HLLE, but come within a factor of two in speed. We also provide a preliminary comparison of the accuracy of a finite volume discretization using an exact solver versus standard approximate solvers.


翻译:偏差方程式一阶双曲系统的里格曼问题对于理论和数字目的都至关重要。许多近似求解器已经为这些系统开发出许多近似求解器;精确的溶解算法得到的注意较少,因为精确溶解的计算通常要求代代数方程式。迭代算法在计算效率上可能较低,或在某些情况下可能无法趋同。我们调查了相对简单系统的强大迭代迭代里埃曼求解器的可实现效率,重点是浅水方程式和Euler方程式。我们考虑了一系列用于测试Riemann问题的混合体的初步猜测和迭代方案。对于浅水方程式,我们发现牛顿的简单修改方法会迅速可靠地汇合。对于Euler方程式,我们获得类似的结果;然而,当所要求的精度高时,Ostrowski和Newton相重力组合会更快。这些溶剂慢于标准近于罗伊和HLLE,但速度在两个因素之内。我们还初步比较了使用精确度标准的离散体量的精确度的精确度。

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